Un recipiente de aceite y agua separado por una piel delgada de partículas magnetizadas ha intrigado a un equipo de ingenieros químicos al asumir un forma inesperada de ‘urna griega’ Tras la agitación.
“Pensé ‘¿Qué es esta cosa?'”, “, Estudiante graduado Anthony Raykh de la Universidad de Massachusetts Amherst retiradoDespués de hacer lo que a todos los estudiantes de química les encanta hacer, mezclar materiales con propiedades intrigantes solo para ver qué pasaría.
“Entonces, caminé por los pasillos del departamento de ciencia e ingeniería de polímeros, golpeando las puertas de mis profesores, preguntándoles si sabían lo que estaba pasando”.
Un análisis de los materiales reveló que las interacciones entre las pequeñas cuentas magnéticas funcionaban junto con la tensión superficial entre los líquidos inmiscibles, tirando de la mezcla en direcciones que termodinámica normalmente prohibiría si no fuera un toque de magnetismo.
Si bien el descubrimiento no tiene aplicaciones obvias, al menos actualmente, la forma inusual de la mezcla y sus respuestas a un campo magnético externo podría proporcionar a los futuros investigadores e ingenieros un nuevo truco para ajustar las propiedades estructurales de sus emulsiones.
El aceite y el agua no son los mejores amigos. Puede combinar y sacudir todo lo que quiera: tarde o temprano, los dos irán por caminos separados y se reformarán en capas distintas según lo dictado por el flujo termodinámico de energía versus la atracción y la repulsión de enlaces moleculares.
Como sabe cualquier maestro en ciernes, hay formas de mantener fluidos solubles en grasa y solubles en agua mezclados un poco más. Emulsionantescomo la lecitina en la yema de huevo, puede servir como un diplomático químico para unir los materiales en una mezcla tan satisfactoriamente suave y consistente como su aderezo de ensalada favorito.
Emulsiones Pickering Siga un método para estabilizar las mezclas insertando una piel delgada entre las dos fases, rompiendo al menos uno de los fluidos en pequeñas burbujas que pueden dispersarse de manera más consistente a través de la otra.
Técnicamente, el aderezo de ensalada de laboratorio de Raykh siguió las reglas de ser una emulsión recogida, que contiene agua del grifo y un solvente orgánico ligeramente polar así como una pizca de partículas de níquel magnetizadas, aproximadamente 5 a 15 micrómetros y 20 nanómetros en tamaño.
Dispersas a través del agua, las partículas de níquel se elevaron a la superficie para conectarse como una ‘piel’ bidimensional justo debajo de la interfaz del solvente orgánico, al igual que un emulsionante recolectivo debe hacer entre un líquido acuoso y el aceite. Darle a la mezcla una mezcla debería dar lugar a una suspensión de los tres materiales tan homogéneos como la mayonesa.
Solo eso no es lo que ocurrió. Las partículas magnéticas se metieron en una red ramificada bajo tensión dictada por la termodinámica de los líquidos, tirando de toda la mezcla en una formación de vidrio de arena desigual en equilibrio.
Una mirada bajo el microscopio y una simulación por computadora, que modeló las fuerzas involucradas, proporcionó una imagen clara de la compleja combinación de interacciones magnéticas involucradas en la creación de la forma inusual, que evitó que ocurriera la emulsificación. Usando un imán, los investigadores podrían deformar el límite y modificar la forma de la urna.
“Cuando mira muy de cerca las nanopartículas individuales de níquel magnetizado que forman el límite entre el agua y el aceite, puede obtener información extremadamente detallada sobre cómo se ensamblan las diferentes formas”. dice Científico del polímero David Hoagland.
“En este caso, las partículas se magnetizan con la fuerza suficiente para que su ensamblaje interfiera con el proceso de emulsificación, que describen las leyes de la termodinámica”.
Esta investigación fue publicada en Física de la naturaleza.